‘Un Nobel para la comprensión de los sistemas complejos’
Los profesores de la ETSIAAB Javier Galeano y Rosa María Benito explican en este artículo a qué se dedican los recién premiados por la Academia Sueca en la categoría de física.
25-10-2021
Por JAVIER GALEANO y ROSA MARÍA BENITO
La Real Academia Sueca de Ciencias ha concedido este año el Premio Nobel de Física a tres investigadores. “Por contribuciones innovadoras a nuestra comprensión de sistemas físicos complejos”, señala el fallo. La mitad del galardón ha sido otorgada al japonés Syukuro Manabe y al alemán Klaus Hasselmann por sus estudios sobre “la modelización física del clima de la Tierra, cuantificando la variabilidad y la predicción de manera confiable el calentamiento global”; la otra mitad corresponde al italiano Giorgio Parisi, autor de investigaciones en materiales desordenados que han permitido “el descubrimiento de la interacción del desorden y las fluctuaciones en los sistemas físicos desde la escala atómica hasta la planetaria”. El jurado destaca que los tres premiados “han encontrado patrones escondidos en el clima y en otros fenómenos complejos”. Todas estas palabras entrecomilladas recogen bastante bien la idea de los sistemas complejos.
Es difícil dar una definición de sistemas complejos, pero probablemente todos los investigadores e investigadoras en dichos temas estaríamos de acuerdo en dos conceptos: son sistemas formados por un gran número de componentes que interaccionan entre sí y, como consecuencia de dichas interacciones, surge o emerge un comportamiento nuevo que no se puede explicar solo a partir de las propiedades de sus componentes. A esta propiedad se le llama emergencia, y se dice que un sistema es emergente cuando su comportamiento trasciende a la suma de sus partes. Un buen ejemplo que nos puede ayudar a entender este concepto es recordar alguno de los célebres cuadros del pintor Giuseppe Arcimboldo. Si nos fijamos en su serie de las estaciones del año, vemos que son cuadros formados por frutas y verduras, pero donde nosotros podemos identificar rostros humanos.
Otro de los conceptos necesarios para entender los sistemas complejos, y en particular el clima, es el referido al caos. Para desentrañarlo, se ocupa una rama de la ciencia que trata de estudiar sistemas no-lineales que tienen una gran sensibilidad a las condiciones iniciales. Este fenómeno, conocido como efecto mariposa, nos dice que pequeñas variaciones en las condiciones iniciales pueden producir grandes diferencias de comportamiento en el futuro, imposibilitando, por tanto, la predicción. Hay que señalar que este comportamiento caótico se da en sistemas deterministas, es decir, en sistemas cuya evolución dinámica está bien definida mediante ecuaciones matemáticas y, por tanto, es distinto de un comportamiento aleatorio. El tiempo atmosférico presenta esta propiedad y es por ello que las previsiones meteorológicas nunca se hacen con una antelación mayor a tres o cuatro días.
Syukuro Manabe, Klaus Hasselmann y Giorgio Parisi. / Niklas Elmehed (Nobel Prize Outreach)
El clima en la Tierra es uno de esos muchos ejemplos de sistemas complejos. Manabe y Hasselmann han sido premiados por sus trabajos pioneros en el desarrollo de los modelos de clima, mientras que a Parisi se le reconocen sus aportaciones teóricas a un enorme conjunto de problemas en la teoría de los sistemas complejos.
Manabe demostró en los años sesenta del siglo pasado cómo el aumento de las concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera produce un aumento de las temperaturas en la superficie de la Tierra. Se puede decir que su trabajo sentó las bases para el desarrollo de modelos sobre el clima. Aproximadamente diez años después, Hasselmann diseñó un modelo que relaciona el tiempo atmosférico y el clima, respondiendo así a la pregunta de por qué los modelos climáticos pueden ser fiables a pesar de que el tiempo atmosférico presenta un comportamiento caótico. Sus métodos se han utilizado para demostrar que el aumento de temperatura en la atmósfera se debe a las emisiones humanas de dióxido de carbono.
Alrededor de 1980, Parisi descubrió patrones escondidos en materiales complejos desordenados. Sus descubrimientos se encuentran entre las contribuciones más importantes a la teoría de sistemas complejos. Lo más interesante del trabajo de Parisi es que nos permite comprender y describir el comportamiento de muchos materiales y fenómenos complejos diferentes y aparentemente completamente aleatorios, no solo en la física sino también en otras áreas muy diferentes, como las matemáticas, la biología o la neurociencia.
No podemos terminar este artículo sin expresar que para nuestro grupo de investigación, que tiene por nombre Grupo de Sistemas Complejos, es una enorme alegría que se vea reconocida la importancia del estudio de estos fenómenos a nivel internacional.
Javier Galeano forma parte del Grupo de Sistemas Complejos, del que Rosa María Benito es su investigadora responsable. Ambos, profesor titular y catedrática de física aplicada, están adscritos al Departamento de Ingeniería Agroforestal de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Agronómica, Alimentaria y de Biosistemas (ETSIAAB).